微机测控高压气瓶疲劳试验装置研制

1、经验交流微机测控高压气瓶疲劳试验装置研制周一卉,由宏新,刘润杰,喻健良(大连理工大学,辽宁大连116012)摘要:疲劳试验是气瓶出厂时的强制抽检项目,对于保证高压气瓶反复充装,要意义。,能够根据设定参数实现可控压力循环,实时显示并记录循环压力波形,并给出标准规定的试验记录和报告。关键词:气瓶;疲劳试验;微机测控中图分类号:TQ05113-4837(2005)02-0045-03ControlSystemforGasCylinderFatigueTestZHOUYi-hui,YOUHong-xin,LIURun-jie,YUJian-liang(SchoolofChemicalEngineein

2、g,DalianUniversityofTechnology,Dalian116012,China)Abstract:Fatiguetestisanimportantimpulsivecheckforgascylinderwhichisnecessarytoitssafeandreli2ableoperation.Theadvanceddataacquiringandautomaticcontrolsystemareadaptedintheapparatusinthispaperwhichiscapableofcontrolledpressurecyclingaccordingtothepar

3、ameterssetting,synchronicallydis2playingandrecordingtestdataandmemorizingpressurecyclenumber.Finallythestandardtestrecordandre2portcanbeformedandprinted.Keywords:gascylinder;fatiguetest;computerautomaticcontrol1概述疲劳循环试验是气瓶型式试验的一项重要内容。气瓶必须在压力循环上限值为公称工作压力条件下,承受80000次循环,或在试验压力条件下承受12000次循环,不破坏才为合格1。整个系

4、统可以分为硬件装置和中心测控软件两部分。其中用于微机测控的主要硬件设备如表1所示。211压力循环控制气瓶疲劳试验中的核心内容是压力循环的实现和控制。在本系统中,压力循环是依靠硬件和软件的共同作用完成的。用户可根据试验要求,设定压力循环参数,包括上下限压力值、上下限保压时间、压力传感器量程等。试验开始后,软件不间断实时检测压力信号,当达到上限压力值时,软件输出IO控制信号至电磁阀,阀芯回至中位,开始上限保压,达到保压时间后,软件再一次发送动作信号给电磁阀,系统泄压至下限压力,并在此压力下开始下限保压,下限保压结束45在进行疲劳试验时,按照升压保压降压保压的过程完成压力循环,并记录压力循环次数,同

5、时保证对加压介质和受试气瓶外壁温度的控制。为了确保安全试验,整套试验系统必须装备有压力紧急泄放装置,避免在超压情况造成管理、设备损伤或人员伤害。2气瓶疲劳试验系统微机测控气瓶疲劳试验系统流程如图1所示。CPVT微机测控高压气瓶疲劳试验装置研制Vol22.No22005/PRange为测试传感器量程数字量输出控制:OutDigital=(OutDigital&8)|2;outp(0x61B,OutDigital);OutDigital=(OutDigital&8)|4/上限压力保压输出,降压预备OutDigital=(OutDigital&8)|2;outp(0x61B,

6、OutDigital);OutDigital=(OutDigital&8)|1/下限压力保压输出图1微机测控气瓶疲劳试验流程图11油箱;21高压截止阀;31液位温度计;41高压油泵;51一体化温212度传感器;61溢流阀;71三位四通电磁阀;81单向节流阀;91止逆阀;101过滤器;111压力传感器;121精密压力表;131电接点压力表;141受试气瓶;151片式铂电阻;161缓冲器;171油冷却器;18,其疲劳试验的循环压,60MPa的气瓶,为实现安全可靠工作,除了硬件设备要选择较高压力等级,具有耐冲击疲劳的特性之外,还必须建立安全预警功滤器;191空气滤清器表1名称压力传感器一体化

7、温度传感器片式铂电阻按受试气瓶选配01000100用途压力测量油温测量气瓶外壁温度测量能和必要的防护措施。在本系统中,一共建立了三层防护机制。首先,电磁阀正常工作时,测控软件通过数字量输出操纵电磁阀进行换向,使得系统内最高压力不会超过用户设定的循环上限压力。其次,如果压力传感器工作失误,第二层保护机构是电接点压力表,这种压力表除了指示压力的指针外,还有分别用于设定压力上下限的指针,系统压力只能在此压力范围内变化。当压力超过上限值时,用于指示压力的指针与上限限位指针接触,向测控软件发送信号,软件即处理电接点压力表信号,令电磁阀动作降压。同理,当压力降至下限值时,测控软件接收并处理电接点压力表发送

8、的信号,令电磁阀进行升压。在进行疲劳试验时,电磁阀的实际动作范围是上述两个压力范围的交集,即如果用户设定的范围是P1minP1max,电接点压力表的限制是P2minP2max,则系统压力在Pmin和Pmax范围内循环变化,数据AD/DA转换卡8通道12位精度三位四通电磁阀直动式溢流阀电接点压力表60MPa60MPa060MPa油路切换安全保护后,软件发送控制信号,开始新一轮升压保压降压保压的压力循环。系统采用PC1216K数据AD/DA板卡,具有8通道数据采集接口和4路IO数字量输出端口,分别用于压力、温度信号的采集和电磁阀、溢流阀的控制。板卡自带驱动程序,正确安装在工控机上,可以直接使用C+

9、流函数对数据输入输出进行控制。数据采集:outp(0x614,0x10+i);/设定采集通道adh=(inp(0x619)&0xff);/取出寄存器高8位数据adl=(inp(0x618)&0xff);/取出寄存器低8位数据biti=adh31610+adl/1610;/合成数字量Pre=(PRange/410)463其中:Pmin=MAX(P1min,P2min)取大值,Pmax=MIN(P1max,P2max)取小值,应该根据实际需要合理的设定两个压力工作范围,一般的说,P2min=(01951)P1min,P2max=(1101105)P1max比较合适,既能够在用户设定

10、的压力条件下循环,在出(510/40963bit0-1);现超压的时候,也可以依靠电接点压力表的信号,操作电磁阀进行泄压。/数字量转换成模拟量第22卷第2期压力容器总第147期第三,在循环载荷作用下,特别是压力循环幅比较大的情况下,系统不可避免地会出现一些震动,使得电接点压力表的指针震颤,可能造成误操作,例如系统超压时没有及时准确动作,都有可能产生危险后果。所以,系统的第三层保护是溢流阀。当系统压力达到溢流压力时,溢流阀动作强制泄压,以保证系统安全。通过三层有效的防护机制,可以保证系统能够安全可靠地运行,承受住多次疲劳载荷的冲击。213测控软件系统测控软件是疲劳试验系统的核心组成部分,它时刻监

11、视着系统的运行,并根据采集到的数据发出相应的指令。测控软件的主要功能有:(1)、分析和保存;(2)时间曲线;(3),实现对试验过程升压保压泄压保压循环的自动控制;(4)对硬件装置的异常情况提供预警和保护;(5)自动生成试验报告和电子文档,提供试验记表2受试气瓶技术参数项目气瓶名称公称工作压力(MPa)公称容积(L)实际容积(L)外直径(mm)总长度(mm)筒体设计壁厚(mm)筒体实测最小壁厚(mm)疲劳循环上限压力(MPa)ss)内容CNLC20-50-286A复合气瓶205053142861075441226222,在设定压力下反复进行疲劳载荷冲击直至破坏。系统自动记录压力曲线和压力循环次数

12、。在应用考核中,试验气瓶外壁平均温度为13121,气瓶经受20000多次压力循环,平均日试验时间为1012小时。试验压力曲线如图2所示。录的可追溯性查询;(6)提供在线帮助系统。软件采用VisualC+语言开发,提供良好的与硬件直接通讯机制,可以快速准确地读取试验信息(压力、温度等),整套软件包括安装文件、执行文件及帮助文件等内容,可通过建立于桌面上的快捷方式快速启动可执行文件,具有快速方便进入系统、对话框式操作、提示充分、图形显示、智能判断、实时性好、精度高、操作简便及易学易用等特点。由于气瓶疲劳试验具有不可重复性,软件中还专门提供了数据自动存储功能,特别是压力循环次数这一关键数据,每进行20次循环,软件自动保存循环次数,这样即使遇到停电等意外事故,气瓶已进行的受试次数也能被记录下来,不至于造成试验的半途而废。3系统应用考核图2气瓶疲劳试验曲线4结语气瓶属于移动性压力容器,数量很大,我国在用的气瓶有5000万个,尤其是石油液化气钢瓶已进入千家万户,因此气瓶的制造质量及使用安全性尤为重要。大多数气瓶要进行疲劳试验,为了提高试验的精度与效率,采用微机测控技术实现气瓶的疲劳试验,具有良好的应用前